第02章-GIS的數(shù)據(jù)結構

GIS軟件與應用地理信息系統(tǒng)基本原理第一章：緒論1、地理信息系統(tǒng)的基本概念2、地理信息系統(tǒng)的功能3、地理信息系統(tǒng)的應用4、地理信息系統(tǒng)的構成5、地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及展望地理信息系統(tǒng)GIS原理第一章GIS的基本概念第二章GIS的數(shù)據(jù)結構第三章GIS的空間數(shù)據(jù)第四章GIS的空間分析第五章GIS的數(shù)據(jù)輸出本章概述：GIS的數(shù)據(jù)結構地理信息系統(tǒng)的操作對象是空間地理實體，建立一個地理信息系統(tǒng)的首要任務是建立空間數(shù)據(jù)庫，即將反映地理實體特性的地理數(shù)據(jù)存儲在計算機中，這需要解決地理數(shù)據(jù)具體以什么形式在計算機中存儲和處理即空間數(shù)據(jù)結構問題和如何描述實體及其相互關系即空間數(shù)據(jù)庫模型問題。本章重點介紹主要的空間數(shù)據(jù)結構和空間數(shù)據(jù)庫模型。GIS的數(shù)據(jù)結構第二章GIS的數(shù)據(jù)結構1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結構的類型4、空間數(shù)據(jù)結構的建立GIS的數(shù)據(jù)結構第二章GIS的數(shù)據(jù)結構1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結構的類型4、空間數(shù)據(jù)結構的建立1.地理空間的概念地理空間上至大氣電離層，下至地幔莫霍面，是生命過程活躍的場所，也是宇宙過程對地球影響最大的區(qū)域。地理信息系統(tǒng)中的空間概念常用“地理空間”(geo-spatial)來表述，一般包括地理空間定位框架及其所聯(lián)結的特征實體。地理空間定位框架即大地測量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。大地測量控制為建立所有的地理數(shù)據(jù)的坐標位置提供了一個通用參考系，利用該通用參考系可以將全國范圍使用的平面及高程坐標系與所有的地理要素相連接。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構目前，我國采用的大地坐標系為1980年中國國家大地坐標系，該坐標系選用1975年國際大地測量協(xié)會推薦的國際橢球（下圖），其具體參數(shù)為：赤道半徑（a）=6378140.0000000000m極半徑（b）=6356755.2881575287m地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.2571980年中國國家大地坐標系的大地原點，設在我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。1975年國際橢球元素及其關系示意圖一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構根據(jù)不同需求，我國現(xiàn)有三種大地坐標系并存：

1、1954年北京坐標系(局部平差)；

2、1980年國家大地坐標系(整體平差)；

3、地心坐標系。對應于每一個坐標系統(tǒng)點的坐標，可以用大地坐標形式表示，即用(L，B，H)表示；也可以用空間大地直角坐標形式表示，即用(z，y，z)表示。不同坐標系統(tǒng)的坐標，通過一定數(shù)學模型的轉換參數(shù)，在一定的精度范圍內可以互相轉換。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構

1954年北京坐標系和1980年國家大地坐標系中的點的坐標，將其投影至高斯—克呂格投影平面，以平面坐標x、y形式表示，用于控制地形測圖。在高斯—克呂格平面直角坐標中，x表示縱軸，y表示橫軸。點的高斯—克呂格平面直角坐標是通過高斯—克呂格投影計算得到的，我國各個等級大地點成果表中所載的坐標即為高斯—克呂格平面直角坐標。將橢球面上各點的大地坐標，按照一定的數(shù)學法則，變換為平面上相應點的平面直角坐標，通常稱之為地圖投影。即：x=f1(L,B)

y=f2(L,B)式中：（L,B)是橢球面上某點的大地坐標；

(x,y)是該點投影在投影平面上的直角坐標。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構地理信息系統(tǒng)中特征實體的位置，通常就是指經(jīng)過投影變換后平面上的直角坐標。高程指空間參考的高于或低于某基準平面的垂直位置，主要用來提供地形信息。我國現(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準面為“1985國家高程基準”，該基準比原國務院批準啟用的“黃海平均海平面”高29mm。研究地理空間，除了建立地理空間的定位參考框架，還必須分析地理空間特征實體或地理空間信息的幾何形態(tài)和時空分布規(guī)律及其相互之間的關系。地理空間特征實體指具有形狀、屬性和時序特征的空間對象或地理實體，包括點、線、面、曲面和體，它們構成地球圈層間復雜的地理綜合體，也是地理信息系統(tǒng)表示和建庫的主要對象。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構2.空間實體的表達地理空間的特征實體包括:

點(point)、線(line)、面(polygon)、曲面(surface)

體(volume)

如何以有效的形式表達它們，關系到計算機識別、存儲、處理的可能性和有效性。當對特征實體進行數(shù)據(jù)表達時，關鍵又看如何表達空間的一個點，因為點是構成地理空間特征實體的基本元素。矢量表示法:采用一個沒有大小的點(坐標)來表達基本點元素；→矢量數(shù)據(jù)模型柵格表示法:采用一個有固定大小的點(面元)來表達基本點元素?！鷸鸥駭?shù)據(jù)模型一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結構GIS的數(shù)據(jù)結構第二章GIS的數(shù)據(jù)結構1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結構的類型4、空間數(shù)據(jù)結構的建立二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結構1、實體的描述和存儲從實體需要描述的內容到計算機具體如何存儲實體的過程見圖2-1-1。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結構1、空間實體的描述通常需要從如下方面對地理實體進行描述：1)編碼用于區(qū)別不同的實體，有時同一個實體在不同的時間具有不同的編碼，如上行和下行的火車。編碼通常包括分類碼和識別碼。分類碼標識實體所屬的類別，識別碼對每個實體進行標識，是唯一的，用于區(qū)別不同的實體。2)位置通常用坐標值的形式(或其它方式)給出實體的空間位置。3)類型指明該地理實體屬于哪一種實體類型，或由哪些實體類型組成。4)行為指明該地理實體可以具有哪些行為和功能。5)屬性指明該地理實體所對應的非空間信息，如道路的寬度、路面質量、車流量、交通規(guī)則等。6)說明用于說明實體數(shù)據(jù)的來源、質量等相關的信息。7)關系與其它實體的關系信息。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結構2、GIS的空間數(shù)據(jù)根據(jù)空間數(shù)據(jù)的特征，可以把空間數(shù)據(jù)歸納為三類：1）屬性數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)的屬性特征的數(shù)據(jù)，也稱非幾何數(shù)據(jù)。即說明“是什么”，如類型、等級、名稱、狀態(tài)等。2）幾何數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)的空間特征的數(shù)據(jù)，也稱位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)。即說明“在哪里”，如用X、Y坐標來表示。3）關系數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)之間的空間關系的數(shù)據(jù)，如空間數(shù)據(jù)的相鄰、包含等，主要是指拓撲關系。拓撲關系是一種對空間關系進行明確定義的數(shù)學方法。4）元數(shù)據(jù)，是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)中，元數(shù)據(jù)說明空間數(shù)據(jù)內容、質量、狀況和其他有關特征的背景信息，便于數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和用戶之間的交流。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結構根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同分為（據(jù)郭達志等)：幾何圖形數(shù)據(jù)：主要來源于各種類型的地圖和實測幾何數(shù)據(jù)。影象數(shù)據(jù)：主要來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感等。屬性數(shù)據(jù)：來源于實測數(shù)據(jù)，文字報表，或地圖中的各類符號說明，以及從遙感數(shù)據(jù)中通過解釋得到的信息等。地形數(shù)據(jù)：來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的格網(wǎng)狀的數(shù)字化搞成模型（DTM），或其他形式表示的地形表面（如TIN）等。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結構1)類型數(shù)據(jù)：例如考古地點、道路線和土壤類型的分布等；2)面域數(shù)據(jù)：例如隨機多邊形的中心點、行政區(qū)域界線和行政單元等；3)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)：例如道路交點、街道和街區(qū)等；4)樣本數(shù)據(jù)：例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；5)曲面數(shù)據(jù)：例如高程點、等高線和等值區(qū)域；6)文本數(shù)據(jù)：例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；7)符號數(shù)據(jù)：例如點狀符號、線狀符號和面狀符號（暈線）等；根據(jù)表示對象的不同分為分為（據(jù)鄔倫等)二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結構二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結構3、空間數(shù)據(jù)的特征空間數(shù)據(jù)具有三個基本特征（圖2-1-2)：1）屬性特征——用以描述事物或現(xiàn)象的特性，2）空間特征——用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置，3）時間特征——用以描述事物或現(xiàn)象隨時間的變化，GIS的數(shù)據(jù)結構第二章GIS的數(shù)據(jù)結構1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結構的類型4、空間數(shù)據(jù)結構的建立三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構即數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計算機存貯、管理、處理的數(shù)據(jù)邏輯結構。換句話說，是指數(shù)據(jù)以什么形式在計算機中存貯和處理。數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律儲存在計算機機中，是計算機正確處理和用戶正確理解的保證?？臻g數(shù)據(jù)結構是空間數(shù)據(jù)在計算機中的具體組織方式。目前尚無一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結構能夠同時存儲上述各種類型的數(shù)據(jù)，而是將不同類型的空間數(shù)據(jù)以不同的數(shù)據(jù)結構存儲。一般來說，屬性數(shù)據(jù)與其他信息系統(tǒng)一樣常用二維關系表格形式存儲。元數(shù)據(jù)以特定的空間元數(shù)據(jù)格式存儲，空間特征數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)所特有的數(shù)據(jù)類型，主要以矢量數(shù)據(jù)結構和柵格數(shù)據(jù)結構兩種形式存儲。一、概念三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構三、矢量數(shù)據(jù)結構基于矢量模型的數(shù)據(jù)結構簡稱為矢量數(shù)據(jù)結構。它是利用歐幾里得幾何學中的點、線、面及其組合體表示地理實體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。矢量數(shù)據(jù)結構是最常見的圖形數(shù)據(jù)結構，是一種面向目標的數(shù)據(jù)組織方式。矢量方法強調離散現(xiàn)象的存在，將線離散為一串采樣點的坐標串，面狀區(qū)域由邊界線確定。由于矢量數(shù)據(jù)結構具有結構緊湊，冗余度低，利于網(wǎng)絡、檢索分析等優(yōu)點，是GIS主要的數(shù)據(jù)存儲結構之一。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構A、矢量數(shù)據(jù)的圖形表示矢量方法將地理現(xiàn)象或事物抽象為點、線、面實體，將它們放在特定空間坐標系下進行采樣記錄（圖2-2-1）。1、點實體：記錄點坐標和屬性代碼；2、線實體：記錄兩個或一系列采樣點的坐標，并加屬性代碼；3、面實體：記錄邊界上一系列采樣點的坐標，由于多邊形封閉，邊界為閉合環(huán)，加面域屬性代碼。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構B、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式矢量數(shù)據(jù)的獲取方式通常有：

1)由外業(yè)測量獲得，可利用測量儀器自動記錄測量成果(常稱為電子手薄)，然后轉到地理數(shù)據(jù)庫中。

2)由柵格數(shù)據(jù)轉換獲得，利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術，把柵格數(shù)據(jù)轉換為矢量數(shù)據(jù)。

3)跟蹤數(shù)字化，用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。由于柵格數(shù)據(jù)自動矢量化技術還不成熟，人工跟蹤數(shù)字化是當前獲取矢量數(shù)據(jù)的最主要方法，但存在工作量大，數(shù)據(jù)獲取困難等缺點。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構C、矢量數(shù)據(jù)表示在GIS中，矢量數(shù)據(jù)表示時應考慮以下問題：1)矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。2)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。3)矢量數(shù)據(jù)之間的空間關系(拓撲關系)。矢量數(shù)據(jù)的表示方法多種多樣，但基本上類似，可觸類旁通。下面分別介紹矢量數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)結構和拓撲數(shù)據(jù)結構。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構一）簡單數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)結構分別按點、線、面三種基本形式來描述(圖2-2-2)。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構

1、標識碼：按一定的原則編碼，簡單情況下可順序編號。標識碼具有唯一性，是聯(lián)系矢量數(shù)據(jù)和與其對應的屬性數(shù)據(jù)的關鍵字。屬性數(shù)據(jù)單獨存放在數(shù)據(jù)庫中。

2、點結構中的X，Y坐標：是點實體的定位點，如果是有向點，則可以有兩個坐標對。

3、線結構中的坐標對數(shù)n：是構成該線(鏈)的坐標對的個數(shù)。X,Y坐標串是構成線(鏈)的矢量坐標，共有n對。也可把所有線(鏈)的X,Y坐標串單獨存放，這時只要給出指向該鏈坐標串的首地址指針即可。

4、面結構是鏈索引編碼的面(多邊形)的矢量數(shù)據(jù)結構，鏈數(shù)n指構成該面(多邊形)的鏈的數(shù)目。鏈標識碼集指所有構成該面(多邊形)的鏈的標識碼的集合，共有n個。這種結構具有結構簡單、直觀、易實現(xiàn)以實體為單位的運算和顯示的優(yōu)點。由于拓撲關系簡單,這種數(shù)據(jù)結構主要用于矢量數(shù)據(jù)的顯示、輸出，以及一般的查詢和檢索。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構二)拓撲數(shù)據(jù)結構具有拓撲關系的矢量數(shù)據(jù)結構就是拓撲數(shù)據(jù)結構，拓撲數(shù)據(jù)結構是GIS的分析和應用功能所必需的。拓撲數(shù)據(jù)結構的表示方式?jīng)]有固定的格式，還沒有形成標準，但基本原理是相同的。拓撲關系是一種對空間結構關系進行明確定義的數(shù)學方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關系不變的性質?？梢约僭O圖形繪在一張高質量的橡皮平面上，將橡皮任意拉伸和壓縮，但不能扭轉或折疊，這時原來圖形的有些屬性保留，有些屬性發(fā)生改變，前者稱為拓撲屬性，后者稱為非拓撲屬性或幾何屬性(表2-1-1)。這種變換稱為拓撲變換或橡皮變換。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構點(結點)：孤立點、線的端點、面的首尾點、鏈的連接點等。線(鏈、弧段、邊)：兩結點間的有序弧段。面(多邊形)：若干條鏈構成的閉合多邊形。a、拓撲元素矢量數(shù)據(jù)可抽象為點(結點)、線(鏈、弧段、邊)、面(多邊形)三種要素，即稱為拓撲元素。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型b、拓撲關系的種類

1)關聯(lián)：不同拓撲元素之間的關系。如結點與鏈，鏈與多邊形等。

2)鄰接：相同拓撲元素之間的關系。如結點與結點，鏈與鏈，面與面等。鄰接關系是借助于不同類型的拓撲元素描述的，如面通過鏈而鄰接。

3)包含關系：面與其它拓撲元素之間的關系。如果點、線、面在該面內，則稱為被該面包含。如某省包含的湖泊、河流等。

4)幾何關系：拓撲元素之間的距離關系。如拓撲元素之間距離不超過某一半徑的關系。

5)層次關系：相同拓撲元素之間的等級關系。如國家由省(自治區(qū)、直轄市)組成，省(自治區(qū)、直轄市)由縣組成等。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型c、編碼方式拓撲數(shù)據(jù)結構的關鍵是拓撲關系的表示，而幾何數(shù)據(jù)的表示可參照矢量數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)結構。在目前的GIS中，主要表示基本的拓撲關系，而且表示方法不盡相同。下面舉一表示矢量數(shù)據(jù)拓撲關系的例子(圖2-2-3)。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構GIS的數(shù)據(jù)結構三、柵格數(shù)據(jù)結構柵格數(shù)據(jù)結構是通過空間點的密集而規(guī)則的排列表示整體的空間現(xiàn)象的，其數(shù)據(jù)結構簡單，定位存取性能好，可以與影像和DEM數(shù)據(jù)進行聯(lián)合空間分析，數(shù)據(jù)共享容易實現(xiàn)，是地理信息系統(tǒng)重要的一種空間數(shù)據(jù)存儲結構。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構GIS的數(shù)據(jù)結構A、柵格數(shù)據(jù)的圖形表示

柵格結構是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結構，其陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。換句話說，柵格數(shù)據(jù)結構就是像元陣列，用每個像元的行列號確定位置，用每個像元的值表示實體的類型、等級等的屬性編碼（圖2-3-1）。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構GIS的數(shù)據(jù)結構1、點實體：表示為一個像元；2、線實體：表示為在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合；3、面實體：表示為聚集在一起的相鄰像元的集合。柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理數(shù)據(jù)的離散化數(shù)值。在柵格數(shù)據(jù)中，地表被分割為相互鄰接、規(guī)則排列的地塊，每個地塊與一個像元相對應。因此，柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格(像元)的大小與地表相應單元的大小之比，當像元所表示的面積較大時，對長度、面積等的量測有較大影響。每個像元的屬性是地表相應區(qū)域內地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬性方面的偏差。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構GIS的數(shù)據(jù)結構B、柵格數(shù)據(jù)組織由于地理信息具有多維結構，而柵格結構中賦予每一個柵格的屬性值是唯一的，這就要用多個柵格層數(shù)據(jù)來存儲同一個地理區(qū)域的不同側面信息（圖2-3-2）。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構GIS的數(shù)據(jù)結構

如何在計算機中合理地組織這些柵格層數(shù)據(jù)以達到最優(yōu)存儲，空間最小，存取效率最高？如果每層像元的位置一一對應，則有3種可能的組織方式（圖2-3-3）。三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構方法a：以像元為記錄序列，不同層上同一像元位置上的各屬性值表示為一個列數(shù)組。N層中只記錄一層的像元位置，節(jié)約大量存儲空間，因為柵格個數(shù)很多。方法b：每層每個像元的位置、屬性一一記錄，結構最簡單，但浪費存儲。方法c：以層為基礎，每層內以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和多邊形內各像元的坐標。節(jié)約用于存儲屬性的空間。將同一屬性的制圖單元的n個像元的屬性只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構C、柵格結構的建立要建立一個柵格數(shù)據(jù)結構需要明確三個內容：數(shù)據(jù)來源（即獲取數(shù)據(jù)的途徑），柵格系統(tǒng)的確定和柵格代碼的確定。1）柵格數(shù)據(jù)的獲取途徑柵格數(shù)據(jù)的獲取方式通常有：1、來自于遙感數(shù)據(jù)；2、來自于對圖片的掃描；3、由矢量數(shù)據(jù)轉換而來；4、由手工方法獲取。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構2）柵格系統(tǒng)的確定柵格系統(tǒng)的確定包括柵格坐標系的確定和柵格單元尺寸的確定（圖2-3-4）。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構3）柵格代碼（屬性值）的確定為了保證數(shù)據(jù)的質量，當一個柵格單元內有多個可選屬性值時（圖2-3-5），要按一定方法來確定柵格屬性值。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構1、中心歸屬法：每個柵格單元的值由該柵格的中心點所在的面域的屬性來確定，如圖2-3-5中的(a)，柵格屬性值可據(jù)此確定為B。2、長度占優(yōu)法：每個柵格單元的值由該柵格中線段最長的實體的屬性來確定。如圖2-3-5中的(c)，柵格屬性值可據(jù)此確定為2。3、面積占優(yōu)法：每個柵格單元的值由該柵格中單元面積最大的實體的屬性來確定。如圖2-3-5中的(a)，柵格屬性值可據(jù)此確定為A。4、重要性法：根據(jù)柵格內不同地物的重要性，選取最重要的地物的類型作為柵格單元的屬性值。這種方法適用于具有特殊意義而面積較小的實體要素。若圖2-3-5中的(b)，a代表草地，b代表鐵路，柵格屬性值可據(jù)此確定為b。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構D、柵格數(shù)據(jù)結構的表示將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行(或逐列)記錄代碼，可以每行都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱為柵格文件（圖2-3-6），且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長和寬，即行數(shù)和列數(shù)。這樣，具體的像元值就可連續(xù)存儲了。其特點是處理方便，但沒有壓縮。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構E、柵格數(shù)據(jù)結構的主要類型

柵格矩陣結構游程編碼結構四叉樹數(shù)據(jù)結構八叉樹和十六叉樹結構GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構1.

柵格矩陣結構柵格矩陣結構是指一種全柵格陣列的空間數(shù)據(jù)組織形式(圖)。上述數(shù)據(jù)代表一個4×4階的矩陣，如果矩陣的每個元素用一個雙字節(jié)表示，則一個圖層的全柵格數(shù)據(jù)所需要的存儲空間為m(行)×n(列)×2(字節(jié))。以一個面積為100km2的區(qū)域為例，如果網(wǎng)格邊長取為lm，每個網(wǎng)格用一個雙字節(jié)表示，則一個圖層的要素就要占用200兆字節(jié)的存儲空間，對一張圖形或一幅圖像來說，這是一個相當大的存儲容量，而且隨著空間分辨率的提高，存貯空間成幾何級數(shù)遞增。因此，柵格數(shù)據(jù)的壓縮是柵格數(shù)據(jù)結構要解決的重要任務之一。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構2．游程編碼結構游程指相鄰同值網(wǎng)格的數(shù)量，游程編碼結構是逐行將相鄰同值的網(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格的長度，其目的是壓縮柵格數(shù)據(jù)量，消除數(shù)據(jù)間的冗余。游程編碼結構的建立方法是：將柵格矩陣的數(shù)據(jù)序列X1，X2…Xn映射為相應的二元組序列(Ai，Pi)，I=1，K，且K≤n。其中，A為屬性值，P為游程，K為游程序號。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構空間要素的區(qū)域信息可用四叉樹數(shù)據(jù)結構存儲，這種數(shù)據(jù)結構的原理可以表述為：將空間區(qū)域按照四個象限進行遞歸分割(2n×2n，且n≧1)，直到子象限的數(shù)值單調為止。凡數(shù)值(特征碼或類型值)呈單調的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲單元。這樣，對同一種空間要素；其區(qū)域格網(wǎng)的大小，隨該要素分布特征而不同。3.四叉樹數(shù)據(jù)結構GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構4.

八叉樹和十六叉樹結構為了表示三維、四維數(shù)據(jù)，較好的數(shù)據(jù)結構方式是在四叉樹基礎上發(fā)展起來的八叉樹和十六叉樹結構。八叉樹結構是從四叉樹結構直接發(fā)展而來的，其原理就是將空間區(qū)域不斷地分解為八個同樣大小的于區(qū)域(即將一個六面的立方體再分解為八個相同大小的小立方體)，分解的次數(shù)越多，子區(qū)域就越小，一直到同一區(qū)域的屬性單一為止。對于一個四維的時空目標，可以用線性十六叉樹來表示。如一維時間和三維空間復合形成的四維時空數(shù)據(jù)結構的十六叉樹自然數(shù)編碼。GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型柵格數(shù)據(jù)結構4.

八叉樹和十六叉樹結構GIS的數(shù)據(jù)結構三、空間數(shù)據(jù)結構的類型矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結構四、矢量